Содержание
- Квантовая реальность
- Создание квантового бита
- Нет ошибок, нет стресса - ваше пошаговое руководство по созданию изменяющего жизнь программного обеспечения без разрушения вашей жизни
- Насколько мы близки?
- Заключение
Источник: Rcmathiraj / Dreamstime.com
вынос:
Присмотритесь к квантовым вычислениям, как они работают и каков их потенциал в будущем.
«Если вы думаете, что понимаете квантовую физику, вы не понимаете квантовую физику». Эта цитата приписана физику Ричарду Фейнману, но неясно, действительно ли он это сказал. Вот более надежная цитата Фейнмана из публикации MIT 1995 года: «Я думаю, что могу с уверенностью сказать, что никто не понимает квантовую механику».
Квантовая реальность
Теперь, когда мы убрали это с пути, давайте посмотрим, есть ли что-то, что мы действительно знаем. Квантовая механика странная. Эти крошечные частицы на квантовом уровне не ведут себя так, как ожидалось. Там все по-другому.
Сумасшедшие вещи происходят в квантовой вселенной. Это внутренняя случайность, неопределенность, запутанность. Все это кажется немного большим.
Теперь мы знаем, что атомы и субатомные частицы действуют так, как будто они связаны между собой. Эйнштейн назвал квантовую запутанность «жутким действием на расстоянии». Представьте себе два объекта, которые физически отделены друг от друга, но ведут себя одинаково, имеют одинаковые свойства и действуют как один. Теперь представьте, что эти два объекта находятся на расстоянии 100 000 световых лет. Странно действительно.
Есть еще кое-что. Принцип неопределенности в квантовой механике говорит, что некоторые свойства частиц просто не могут быть известны. Добавьте к этому проблему декогеренции, которая как-то связана с коллапсом волновой функции. И версии эксперимента с двумя щелями, по-видимому, предполагают, что один квантовый объект может находиться в двух местах одновременно, что наблюдение меняет природу субатомных частиц или что электроны, по-видимому, путешествовали назад во времени.
Теперь вы понимаете, почему создание квантового компьютера может быть такой проблемой. Но это не мешает людям пытаться. (Подробнее о квантовых вычислениях см. Почему квантовые вычисления могут стать следующим поворотом на шоссе больших данных.)
Создание квантового бита
Проблема с неопределенностью заключается в том, что это затрудняет вычисления. Цель всегда движется. И даже если вы разрабатываете какую-то математическую систему, как вы исправляете ошибки? И вы думали, что двоичный код был сложным.
«Кубит - это квантово-механическая система, которая при некоторых подходящих обстоятельствах может рассматриваться как имеющая только два квантовых уровня», - говорит профессор Андреа Морелло из Университета Нового Южного Уэльса в Австралии. «И когда у вас есть это, вы можете использовать его для кодирования квантовой информации».
Нет ошибок, нет стресса - ваше пошаговое руководство по созданию изменяющего жизнь программного обеспечения без разрушения вашей жизни
Вы не можете улучшить свои навыки программирования, когда никто не заботится о качестве программного обеспечения.
Проще сказать, чем сделать. Современные квантовые компьютеры еще не очень мощные. Они все еще пытаются правильно составить строительные блоки.
Квантовый бит, также известный как кубит, имеет экспоненциально больший потенциал, чем классический бит в двоичных цифровых вычислениях. Элементарная частица может находиться в нескольких состояниях одновременно, качество, известное как суперпозиция. В то время как классический бит может находиться в одном из двух состояний (одно или ноль), кубит может находиться в обеих этих позициях одновременно.
Подумай о монетке. У него две стороны: голова или хвост. Монета бинарная. Но представьте, что вы подбрасываете монету в воздух, и она продолжает кувыркаться бесконечно. В то время как это переворачивает, это головы или это хвосты? Что будет, если он когда-нибудь приземлится? Как вы можете определить количество монет? Это слабая попытка иллюстрировать суперпозицию.
Итак, как вы делаете кубит? Что ж, если квантовые физики не понимают квантовую механику, мы вряд ли сможем найти здесь адекватное объяснение. Давайте согласимся с кратким списком тестируемых технологий для создания кубитов:
- Сверхпроводящие цепи
- Спин-кубиты
- Ионные ловушки
- Фотонные схемы
- Топологические косы
Самые популярные из них - первые два. Остальные являются предметом университетских исследований. В первом методе сверхпроводники переохлаждаются для устранения электромагнитных помех. Но время согласованности относительно короткое, и все рушится. Профессор Морелло работает над техникой вращения. Квантовые частицы имеют электрический заряд, как магниты. Используя микроволновые импульсы, он может заставить электрон вращаться вверх, а не вниз, создавая тем самым одноэлектронный транзистор.
Тогда остается вопрос отказоустойчивости и исправления ошибок. Исследователи из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре смогли достичь верности 99,4% с помощью своих кубитских ворот. Они достигли 99,9-процентной верности в Оксфордском университете. Так мы уже там?
Насколько мы близки?
Эдвин Картлидж задает этот вопрос в октябрьской статье 2016 года для Optics & Photonics News. Предупреждение от ETSI в 2015 году о том, что организации должны перейти на «квантово-безопасные» методы шифрования, должно указывать на то, что что-то на горизонте.
Google, Microsoft, Intel и IBM все в игре. Один из порогов, которые преследует Google, - это то, что они назвали «квантовым превосходством». Он используется для описания той точки, в которой квантовый компьютер делает то, чего не может классический компьютер.
По словам Дэвида Кастельвекки из Scientific American, IBM планирует выпустить «универсальный» квантовый компьютер в 2017 году. Названный «IBM Q», это будет облачная услуга, доступная через Интернет за плату. Вы можете почувствовать, над чем они работают, попробовав их Quantum Experience, которые теперь доступны онлайн. Но Кастельвекки говорит, что ни одно из этих усилий не является более мощным, чем обычные компьютеры - пока. Превосходство кванта еще не установлено.
Как сообщила Techopedia в 2013 году, у Google есть множество приложений для зрелого квантового компьютера, когда-то разработанного. Microsoft работает над топологическими квантовыми вычислениями. Несколько стартапов набирают обороты, и в этой области проводится много работы. Но некоторые эксперты предупреждают, что блюдо может быть еще не полностью приготовлено. «Я не делаю никаких пресс-релизов о будущем», - говорит Райнер Блатт из Университета Инсбрука в Австрии. А физик Дэвид Уайнленд говорит: «Я настроен оптимистично в долгосрочной перспективе, но что« долгосрочный »означает, я не знаю». (См. 5 интересных вещей, которые может сделать квантовый компьютер Googles.)
Даже когда достигнуто превосходство в области квантовых вычислений, не ищите его, чтобы заменить ноутбук в ближайшее время. Квантовые компьютеры, как и их двоичные аналоги в первые годы, могут быть просто специализированными устройствами, предназначенными для определенных целей. Одним из наиболее распространенных применений было бы иметь квантовый компьютер, имитирующий квантовую механику. Помимо интенсивных компьютерных операций, таких как прогнозирование погоды, использование квантовых вычислений может быть централизованным и ограниченным облаком. Конечно, это может быть идеальным местом для этого.
Заключение
Профессор Морелло четко определил основную проблему квантовых вычислений. Прежде чем вы сможете начать кодировать информацию, вы должны быть в состоянии установить два дискретных квантовых уровня с кубитом. По достижении квантовых вычислений «вы получаете доступ к экспоненциально большему пространству вычислений», чем к классическому компьютеру. Квантовый компьютер, например, с 300 кубитами (N кубитов = 2N классические биты) сможет обрабатывать больше битов информации, чем частиц во вселенной.
Это много битов. Но чтобы добраться отсюда туда, потребуется некоторое время.